jeudi 20 octobre 2011

Commutateurs (interrupteurs, inverseurs, rotacteurs, etc)




Présentation

Un commutateur électro-mécanique permet de couper, d'établir ou d'orienter un courant électrique entre deux bornes de contacts au moins. Le plus connu est sans doute l'interrupteur, car il équipe la grande majorité des appareils électriques ou électroniques que nous utilisons au quotidien (aspirateur, poste de télé, chaine hifi, etc). Un commutateur présente certaines caractéristiques électriques et mécaniques qu'il convient de bien choisir en fonction de l'application envisagée. Ces caractéristiques sont les suivantes :
  • Type de contacts : permanents ou momentannés.
  • Nombre de contacts : interrupteur simple, inverseur double, etc.
  • Caractéristiques électriques : courant maximal, tension maximale.
  • Forme mécanique : à glissière, à bascule, à clef, rotatif, etc.
Suit ici la description de quelques modèles de commutateurs uniquement électromécaniques (je ne parlerai pas ici de commutateurs électroniques). Vous en reconnaitrez surement au moins un parmi eux...

Appellations...

Mais avant tout, parlons un peu de ces mots que l'on ne comprend pas toujours très bien, et qui sont utilisés pour décrire les commutateurs. Vous avez bien lu ou entendu un jour le terme "DPDT", non ? Et bien le croirez-vous, DPDT signifie "Double Pole Double Throw". Nous voilà bien avancé !
  • Pole (pôle) : nombre d'ensemble de contacts.
  • Throw : nombre de positions de contact, simple ou double.
  • Momentary (momentané, ou fugitif) : le bouton revient dans sa position initiale quand on le relache.
  • Open (ouvert) : position OFF, contacts électriques non établis.
  • Closed (fermé) : position ON, contacts électriques établis.
Prenons un premier exemple, celui de l'interrupteur simple. Ce type de composant ne possède qu'un seul ensemble de contact (Single Pole) et une seule position de contact possible (Single Throw). Il s'agit donc d'un SPST. Deuxième exemple, pratique pour ceux qui veulent se bidouiller une pédale d'effet pour leur guitare, avec un true bypass : le double inverseur. Ce type de composant possède deux ensembles de contacts puisqu'il s'agit d'un double inverseur (donc Double Pole), et possède deux positions de contact possibles puisqu'il s'agit d'un double inverseur (donc Double Throw). Et hop, nous voilà en présence d'un DPDT ! Un peu moins obscure ?

RT, 2RT, 4RT ?

Les types de contacts sont parfois dénommés RT, pour Repos-Travail. Si vous lisez 2RT, c'est que le commutateur possède deux circuits distincts Repos-Travail. Que vous pouvez par exemple utiliser pour commuter un signal audio stéréo. 4RT signifie que le commutateur est doté de 4 circuits de commutation distincts, et RT signifie qu'un seul circuit de commutation est disponible.

Contacts permanents ou fugitifs (momentanés) ?

Pour les interrupteurs et les inverseurs à levier, les contacts sont le plus souvent permanents. C'est à dire que si vous changez la position du levier et que vous le relachez, il reste dans la dernière position. Certains interrupteurs et inverseurs à levier sont cependant de type fugitifs (momentanés), ce qui signifie qu'au moment de leur relachement, ils reprennent la position qu'ils avaient avant de les manipuler. Au moment de l'achat, assurez-vous qu'il s'agisse du bon type, en vous aidant au besoin du tableau ci-dessous.

AppellationType (momentané ou permanent)
Bouton poussoirMomentané
Poussoir standardMomentané
Poussoir de tableauMomentané
Poussoir momentanéMomentané
Poussoir à enclenchementPermanent
Commutateur à poussoirPermanent
Inverseur On-Off-OnMomentané ou permanent
Rotacteur (commutateur rotatif)Permanent

Correspondance Forme / Schéma

Ce qui suit est vrai pour certains interrupteurs ou inverseurs (on pourrait presque dire pour la majorité), mais on ne peut pas généraliser car il existe d'autres formes de commutateurs dont l'agencement des contacts diffère. J'ai utilisé les appellations AC, A1 et A2 (avec en plus BC, B1 et B2 pour les doublets et CC, C1 et C2 pour les triplets), ceci est tout à fait arbitraire. Histoire de faciliter les corrrespondances entre schémas électriques et dessins mécaniques.

Commutateurs

Travail / repos
Sur les schémas électriques ci-avant, les contacts sont montrés en position repos. Avouons toutefois que parler de position Repos est plus significatif pour un interrupteur que pour un inverseur. En effet, un interrupteur ne possède que deux contacts électriques (AC et A1), qui sont fermés (en contact direct) ou ouverts (isolés l'un de l'autre). Alors que pour l'inverseur, on à un contact central (AC) qui va soit d'un côté (A1), soit de l'autre (A2). Il y a donc toujours un contact au travail pendant que l'autre est au repos.

Interrupteurs et inverseurs, contacts fugitifs ou permanents

Quelques exemples d'interrupteurs, d'inverseurs, de commutateurs rotatifs ou à glissières, de boutons poussoirs...

ExempleTypeDescriptifNb contacts
Inter simpleSPSTInterrupteur simple
(unipolaire)
1 x 2
Poussoir simpleSPSTPoussoir simple
(unipolaire)
1 x 2
SPSTSPSTPoussoir simple
(unipolaire)
1 x 2
(dupliquées)
SPSTSPSTInterrupteur simple
à clef
1 x 2
SPDTSPDTInverseur simple
(unipolaire)
1 x 3
SPDTSPDTInverseur simple
de puissance
(pour commut. secteur)
1 x 3
DPDT 001DPDTInverseur double
(bipolaire)
2 x 3
3PDTTPDT
(3PDT)
Triple inverseur
(tripolaire)
3 x 3
4PDTQPDT
(4PDT)
Quadruple inverseur
(tetrapolaire)
4 x 3
Commut. rotatif 1x12 mono-galette-
1P12T
2P6T
3P4T
4P3T
Commutateur rotatif
1 x 12 positions
ou 2 x 6 positions
ou 3 x 4 positions
ou 4 x 3 positions
1 x (12 + 1)
ou 2 x (6 + 1)
ou 3 x (4 + 1)
ou 4 x (3 + 1)
Commut rotatif 1x12 multi-galettes-Même chose que ci-avant,
mais avec plusieurs
galettes empilables
1 x (12 + 1)
ou 2 x (6 + 1)
ou 3 x (4 + 1)
ou 4 x (3 + 1)
x Nb galettes
Dil 8-Interrupteurs simples
format DIL16
(format circuit intégré)
8 x 2

Tension / Courant / Puissance

Les commutateurs doivent être choisis pour le nombre de contacts désirés, mais aussi pour leur puissance. Bien sûr, pour commuter des signaux audio au niveau ligne (signal électrique de quelques centaines de mV ou de quelques V), point besoin de grosse puissance, le courant requis est minime. Mais pour les applications où doivent circuler des courants importants, c'est un "détail" à bien prendre en compte. Attention aux publicités qui mentionnent pour seule valeur de courant, celui qui correspond au courant maximal toléré s'il est de brêve durée, s'il dure par exemple 10 ms. Il faut vraiment se renseigner sur la valeur du courant admissible en régime permanent, c'est celui-là qu'il faut regarder en premier. Notez que le courant permanent max spécifié pour un fonctionnement sous basse tension ne sera sans doute pas celui toléré pour un fonctionnement sous tension plus importante. Par exemple, on peut trouvert un interrupteur de puissance donné pour 150 A en pointe, 90 A pendant 10 ms, et qui ne supporte que 15 A en permanent. Ce courant permanent toléré peut de plus être revu à la baisse si l'interrupteur se trouve dans un circuit coupant une charge selfique (transfo ou moteur). L'interrupteur donné ci-avant en exemple pour 150 A en pointe peut ainsi être limité à 6 A permanent pour la commande d'une charge selfique.
Les petits interrupteurs destinés à être montés directement sur circuit imprimé (microswitches, poussoirs miniatures) supportent en général quelques dizaines de mA, ce qui est suffisant pour des commandes logiques. Les commutateurs rotatifs standards peuvent commuter des courants de quelques centaines de mA (quelques A en pointes). Les encodeurs numériques quant à eux sont conçus pour commuter des courants de l'ordre du mA (entre 0,5 mA et 1,5 mA en général).

Commutateurs rotatifs

Il existe plusieurs familles de commutateurs rotatifs, mais les plus fréquents (et les moins chers) de ceux utilisés par les amateurs sont sans doute ceux dont les photos suivent.

Commut. rotatif 1x12 mono-galette Commut rotatif 1x12 multi-galettes

Le premier type, de type mono-galette, convient quand il s'agit de disposer de 1 pôle à 12 voies (1P12T), de 2 pôles à 6 voies (2P6T), de 3 pôles à 4 voies (3P4T), ou de 4 pôles à 3 voies (4P3T). Pour des besoins supérieurs, tels que 3 x 3P4T, on peut utiliser un commutateur multi-galettes, où toutes les galettes sont de même type (le plus courant mais pas obligatoire) et sont actionnées en même temps par un axe de rotation unique. A noter que lorsque les points de commutation deviennent nombreux, il peut être interressant de regarder ce qui se fait du coté des relais et des commutateurs électroniques en circuit intégrés. Pas forcement pour un coût de revient inférieur, mais pour un cablage moins fouillis. Pour ce qui est du cablage des mono-galette, c'est assez simple car à ma connaissance normalisé. Les pattes des points de sélection sont numérotées de 1 à 12, et les points communs sont nommées de A à D. Les dessins qui suivent représentent les quatres types de mono-galette mentionnés ci-avant.

commutateurs_rotatifs_001

Modèle 1P12T
Dessin en haut à gauche
En tournant l'axe du rotacteur, le point commun A (au centre du commutateur) peut être relié électriquement à l'une des douze bornes 1 à 12 (points "externes" disposés en cercle), toujours une seule borne à la fois. L'axe du rotacteur peut donc occuper douze positions mécaniques différentes. Trois exemples parmi les douze positions possibles :
- Si le rotacteur est en position 1, il y a contact entre les bornes A et 1.
- Si le rotacteur est en position 3, il y a contact entre les bornes A et 3.
- Si le rotacteur est en position 11, il y a contact entre les bornes A et 11.

Modèle 2P6T
Dessin en haut à droite
En tournant l'axe du rotacteur, le point commun A peut être relié électriquement à l'une des six bornes 1 à 6 (toujours une seule borne à la fois), sans jamais pouvoir être en contact électrique avec les bornes 7 à 12. De même, le point commun B peut être relié électriquement à l'une des six bornes 7 à 12, sans jamais pouvoir être en contact électrique avec les bornes 1 à 6. On a bien affaire à deux sélecteurs "1 position parmi 6" dans un "même boitier", totalement indépendants d'un point de vue électrique, mais dépendant (couplés) d'un point de vue mécanique. L'axe du rotacteur peut donc occuper six positions mécaniques différentes. Trois exemples parmi les six positions possibles :
- Si le rotacteur est en position 1, il y a contact entre les bornes A et 1, ainsi qu'entre les bornes B et 7.
- Si le rotacteur est en position 3, il y a contact entre les bornes A et 3, ainsi qu'entre les bornes B et 9.
- Si le rotacteur est en position 6, il y a contact entre les bornes A et 6, ainsi qu'entre les bornes B et 12.


Modèle 3P4T
Dessin en bas à gauche
Le point commun A peut être relié à l'une des quatre bornes 1 à 4 (et à aucune autre), le point commun B peut être relié à l'une des quatre bornes 5 à 8 (et à aucune autre), et le point commun C peut être relié à l'une des quatre bornes 9 à 12 (et à aucune autre). Trois exemples parmi les quatre positions possibles :
- Si le rotacteur est en position 1, il y a contact entre les bornes A et 1, entre les bornes B et 5, ainsi qu'entre les bornes C et 9.
- Si le rotacteur est en position 3, il y a contact entre les bornes A et 3, entre les bornes B et 7, ainsi qu'entre les bornes C et 11.
- Si le rotacteur est en position 4, il y a contact entre les bornes A et 4, entre les bornes B et 8, ainsi qu'entre les bornes C et 12.
Ci-après, une vue détaillé d'un commutateur de type 3P4T, marque Lorlin (clic pour agrandir) :

commut_1x12_001b commutateurs_rotatifs_001c

Modèle 4P3T
Dessin en bas à droite
Le point commun A peut être relié à l'une des trois bornes 1 à 3 (et à aucune autre), le point commun B peut être relié à l'une des trois bornes 4 à 6 (et à aucune autre), le point commun C peut être relié à l'une des quatre bornes 7 à 9 (et à aucune autre), et le point commun D peut être relié à l'une des trois bornes 10 à 12 (et à aucune autre).
- Si le rotacteur est en position 1, il y a contact entre les bornes A et 1, entre les bornes B et 4, entre les bornes C et 7, ainsi qu'entre les bornes D et 10.
- Si le rotacteur est en position 2, il y a contact entre les bornes A et 2, entre les bornes B et 5, entre les bornes C et 8, ainsi qu'entre les bornes D et 11.
- Si le rotacteur est en position 3, il y a contact entre les bornes A et 3, entre les bornes B et 6, entre les bornes C et 9, ainsi qu'entre les bornes D et 12.

Remarque
  • Certains commutateurs de type 1P12T ne disposent vraiment que d'un seul contact commun au centre (nommé A), et d'autres possèdent quatre contacts mais avec un seul de cablé (celui nommé A).
  • Il est possible de relier entre eux les points communs d'un 2P6T, d'un 3P4T ou d'un 4P3T pour en faire un 1P12T.
  • La plupart du temps, les contacts sont de type non courcircuitant, ce qui signifie que le point commun (A, B, C ou D) se retrouve en l'air pendant un court instant, quand on passe d'une position à l'autre. Cela peut être problématique dans certains montages, et sans aucune conséquence dans d'autres.
  • Une petite bague amovible permet de limiter le débatement de l'axe du commutateur, le cas échéant. Vous pouvez ainsi limiter à 8 le nombre de déplacements d'un commutateur de type 1P12T, autorisant normalement 12 positions. De même, il est possible de limiter à 4 le nombre de déplacements d'un commutateur de type 2P6T.

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